02.09 為什麼我國衛星的壽命普遍沒有美國的長?

前些天我們說到霍爾推力器時提到,我國衛星的壽命普通沒有歐美的長

。(《 》)

北斗衛星是世界上第三個可以提供全球定位服務的導航系統,到2020年將完成組網,而GPS在1993年已完成了組網任務。目前我國的北斗系統進入了第三代,衛星設計壽命從第一代的6~8年提升到10年,最高可以達到12年。而GPS在第二代的設計壽命已達到12年,目前進入第三代GPS,設計壽命將超過15年。


為什麼我國衛星的壽命普遍沒有美國的長?

左:北斗,右:GPS

衛星壽命是一個綜合的指標,它由許多因素決定。總體來說分成三大類:

1.影響衛星壽命的第一大因素是衛星本身。

主要是指組成衛星的硬件本身的壽命,有些重要部件一旦出故障則整個衛星就報廢了。比如上面說到的導航衛星,如果原子鐘出了故障,沒有備份可以啟用的話,衛星就失去導航的功能了。同樣其他零部件也一樣,芯片、電阻、電容這些零器件本身的壽命都會影響整體的壽命。而我國在這方面整體的水平都要落後歐美日。(《 》)

為什麼我國衛星的壽命普遍沒有美國的長?

ATMEL航天級CPU售價70萬元一片

2.影響衛星壽命的第二大因素是空間環境。

衛星所處的工作環境往往是高能粒子、溫度變化極大等極端條件下,在這樣的環境中,衛星的零器件容易受到損壞,這要求在地面上就要更高的加工製造精度,以及更嚴格的設計要求。(《 》)

另外,衛星在工作過程中會受到各種外力的作用,包括地球非球形的形狀攝動,大氣阻力攝動,太陽光壓攝動,日、月引力攝動等。這些攝動的影響常常導致人造衛星的軌道形狀和大小都發生變化,對衛星的運動軌道在空間的位置和壽命的長短都起著重要作用。

為什麼我國衛星的壽命普遍沒有美國的長?

3.影響衛星壽命的第二大因素是軌道因素。

除了上面所說的各種攝動對軌道的影響,衛星軌道高度對衛星的影響非常大。一般低軌道衛星的壽命就要比高軌道的衛星壽命短得多。我國的地球靜止軌道上的通信衛星的設計壽命一般可達到8~10年,而近地軌道對地觀測衛星設計壽命一般為2~5年。

這主要是因為衛星要保持軌道,需要靠火箭發動機(推力器)來調整軌道和姿態,而衛星能帶多少推進劑就決定了衛星還能在軌道上多長時間。隨著我國火箭推力的提升,衛星的重量上去之後,我國近地軌道的衛星壽命和美國的相差無幾。但是高軌道衛星還與美國有一定的差距,除了火箭推力與美國還有一定差距之外,在很多高軌道衛星上,美國有很多衛星已採用消耗推進劑極少的離子推進器。

我國第一臺離子電推系統在2012年10月發射成功的實踐9號A上點火成功,穩定工作3分鐘之後,二次點火穩定工作了4分鐘。但是,1999年離子電推作為航天器的主推動系統以來,使用電推系統的航天器已超過200顆。相對來說,我們落後美俄多年。

為什麼我國衛星的壽命普遍沒有美國的長?

美國黎明號小行星探測器使用離子推力器

總體來說,我國的衛星壽命與美國還有差距,但是隨著我國牛級霍爾推力的研製成功,相信很快是可以追上來的。

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